all-optical packet switching
DESCRIPTION
All-Optical Packet Switching. (circuit switching). Οπτικός μεταγωγέας πακέτων διαμοιραζόμενης μνήμης ( Shared Memory Optical Packet Switch - SMOP ). Recirculating-loop μνήμη με χρονοδρομολόγηση (scheduling) . Δεν είναι modular + αλλα μει o νεκτηματα. Ο Staggering μεταγωγέας. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
All-Optical Packet Switching
(circuit switching)
Οπτικός μεταγωγέας πακέτων διαμοιραζόμενης μνήμης(Shared Memory Optical Packet Switch - SMOPShared Memory Optical Packet Switch - SMOP)
Recirculating-loop μνήμη με χρονοδρομολόγηση (scheduling).
Δεν είναι modular + αλλα μειoνεκτηματα.
Ο Staggering μεταγωγέας
• Προσομοιώνει ένα μεταγωγέα με buffers εξόδου βάθους b.
• Το πλήθος των γραμμών καθυστέρησης μεγαλώνει γραμμικά με το βάθος των buffers.
• Πόσο μεγάλο πρέπει να γίνει το b για καταιγιστική κυκλοφορία;
• Επίσης δεν είναι modular
Μεταγωγέας με μεγάλους οπτικούς buffers(Switch with Large Optical Buffers - SLOBSwitch with Large Optical Buffers - SLOB)
είσοδοι
έξοδοι
αχρησ
ιμοπο
ί ητα
• Βάθος buffer των bk-1 πακέτων, όπου k το πλήθος των επιπέδων.
• Modular σχεδιασμός.
The Scheduling Switch
• Objectives :• επικοινωνία χωρίς απώλειες πακέτων• αποδοτική χρήση της χωρητικότητας • βέλτιστοι processing times ανά πακέτο (μέσω
batch processing of headers) • συμβατότητα με virtual circuit switching; • διατήρηση της σειράς των πακέτων • modularity• βέλτιστο κόστος (αριθμος elementary crosspoints) • nonblocking design• καταλληλότητα και για optical packet switching και
για circuit switching• transparency at the payload bit rate
Μεταγωγέας χρονοδρομολόγησης(Scheduling SwitchScheduling Switch)
• Τα πακέτα αναδιατάσσονται από τον scheduler έτσι ώστε τα πακέτα που εμφανίζονται κατά τη διάρκεια της ίδιας σχισμής στις εξόδους του scheduler να απαιτούν διαφορετικούς εξερχόμενους συνδέσμους του crossbar.
• Η σειρά των πακέτων διατηρείται για ένα δεδομένο ζεύγος εισόδου-εξόδου.
DriversDrivers
CONTROL UNIT
Routing table Outgoing links
New labels
Label writingLabel writing
Syn
chro
niz
erS
ynch
ron
izer
High level control
IN
1
2
3
4
labelslabels
Label Label extractingextracting
OUTOUT
λ1,2,3,4,5,6
DriversDrivers
11
22
33
44
LasersLasers
delaydelay
delaydelay
delaydelay
delaydelay
λ1λ2λ3λ4
filter
λ1λ2λ3λ4
λ1λ2λ3λ4
filter
λ1λ2λ3λ4
λ1λ2λ3λ4
filter
λ1λ2λ3λ4
λ1λ2λ3λ4
filter
λ1λ2λ3λ4
OUTGOINGOUTGOINGROUTERROUTER
CW LasersCW Lasers
Processing
SchedulerScheduler
SchedulerScheduler
SchedulerScheduler
SchedulerScheduler
λ1,2,3,4
DriversDrivers
CONTROL UNIT
Routing table Outgoing links
New labels
Label writingLabel writing
Syn
chro
niz
erS
ynch
ron
izer
High level control
IN
1
2
3
4
labelslabels
Label Label extractingextracting
OUTOUT
λ1,2,3,4,5,6
DriversDrivers
11
22
33
44
LasersLasers
delaydelay
delaydelay
delaydelay
delaydelay
λ1λ2λ3λ4
filter
λ1λ2λ3λ4
λ1λ2λ3λ4
filter
λ1λ2λ3λ4
λ1λ2λ3λ4
filter
λ1λ2λ3λ4
λ1λ2λ3λ4
filter
λ1λ2λ3λ4
OUTGOINGOUTGOINGROUTERROUTER
λ1λ2λ3λ4
filter
λ1λ2λ3λ4
λ1λ2λ3λ4
filter
λ1λ2λ3λ4
λ1λ2λ3λ4
filter
λ1λ2λ3λ4
λ1λ2λ3λ4
filter
λ1λ2λ3λ4
OUTGOINGOUTGOINGROUTERROUTER
CW LasersCW Lasers
Processing
SchedulerScheduler
SchedulerScheduler
SchedulerScheduler
SchedulerScheduler
λ1,2,3,4
Figure 3: Switch implementation
Χρονοδρομολογητής (Scheduler)
• Υλοποιείται με N παράλληλα ‘κλαδιά’ (branches), ένα για κάθε είσοδο.
• Κάθε ‘κλαδί’ αποτελείται από 2logT-1 μπλοκ καθυστέρησης.
m=logT
“The Scheduling Switch”
SchedulingSwitch
incoming link i
incoming link k
outgoing link j
A Bincoming link i
T packet slots
incoming link l EDincoming link l
incoming link kC
A B C Doutgoing link j
E
• Η σύνοδος είναι (n,T)-smooth, αν μπορεί να μεταδώσει το πολύ n πακέτα σε ένα πλαίσιο (frame) μεγέθους T (ο μέσος ρυθμός είναι nC/T).
•Αυτή η ιδιότητα διατηρείται και στους ακόλουθους συνδέσμους.
• Όσο μεγαλύτερο είναι το T,
α. τόσο πιο καταιγιστική επιτρέπεται να είναι η σύνοδος.
β. τόσο μεγαλύτερη είναι η ευελιξία στην ανάθεση ρυθμών.
γ. Τόσο περισσότερες γραμμές καθυστέρησης χρειαζόμαστε.
• Για κάθε σύνδεσμο πρέπει να εξασφαλίζεται, ότι
nij = αριθμός πακέτων που φτάνουν στην είσοδο i και προορίζονται για την έξοδο j στην διάρκεια ενός πλαισίου (frame)
Ορίζουμε N={nij} «frame matrix»
Critical sum h of a matrix= max. of row sums and column sums.
Για τον frame matrix ισχύει: h≤T.
Αυτό συνεπάγεται ότι:
Ν=Σi=1T Pi,
όπου οι Pi είναι permutation matrices
O Pi καθορίζει τα πακέτα που εμφανίζονται στην έξοδο του scheduler στο slot i, και εξασφαλίζουν ότι δεν υπάρχουν συγκρούσεις
Χρονοδρομολογητής (Scheduler)
• Υλοποιείται με N παράλληλα ‘κλαδιά’ (branches), ένα για κάθε είσοδο.
• Κάθε ‘κλαδί’ αποτελείται από 2logT-1 μπλοκ καθυστέρησης.
Benes-ισοδύναμο δίκτυο
Εισαγωγή στα OBSN
Ένα πακέτο έλεγχου προηγείται της μετάδοσης ενός burst.
Ένα OBS δίκτυο αποτελείται από: Ένα σύνολο οπτικών “εσωτερικών” κόμβων (backbone
nodes). Ένα σύνολο ακραίων κόμβων (ingress/egress nodes).
Πακέτα με τον ίδιο προορισμό και τις ίδιες QoS απαιτήσεις συναρμολογούνται σε ριπές (bursts) στους ingress κόμβους.
Burst Switching Concept
Είδη πρωτοκόλλων για εγκατάστασης σύνδεσης και δέσμευση χωρητικότητας
IRVC: immediate reservation virtual circuit protocol (κλασσικό πρωτόκολλοεγκατάστασης σύνδεσης και δέσμευσης χωρητικότητας).
ERVC: efficient reservation virtual circuit protocol (JET, Just in Time or Just Enough Time protocol ). Δεσμεύει χωρητικότητα με χρήση χρονικών κρατήσεων (timed reservations) και μελλοντικών κρατήσεων (advance reservations).
RGVC: ready-to-go virtual circuit protocol. Μηδενικό pre-transmission delay. Κανονικάπρουποθέτει την ύπαρξη σημαντικών buffers στους ενδιάμεσους κόμβους.
ERVC: efficient reservation virtual circuit protocol
Πρωτόκολλο εικονικού κυκλώματος εκτροπής(Deflection Virtual Circuit ProtocolDeflection Virtual Circuit Protocol)
Για περιπτώσεις όπου έχουμε ελάχιστο buffering (πχ ολικα οπτικά δίκτυα), και απαιτείται μηδενική απώλεια πακέτων, χωρίς εκ των προτέρων κρατήσεις και απλή αναδιάταξη (resequencing) των πακέτων στον προορισμό.
Αν το set-up πακέτο δεν μπορεί να ακολουθήσει το προτιμώμενο μονοπάτι, καταλαμβάνει έναν άλλο εξερχόμενο σύνδεσμο (με σειρά προτίμησης) και η σύνοδος εκτρέπεται.
Το κενό ανάμεσα στο set-up πακέτο και στο πρώτο πακέτο δεδομένων πρέπει να είναι επαρκές για H ελέγχους των πινάκων δρομολόγησης όπου H είναι ένα άνω όριο στο μήκος των μονοπατιών.
πηγή
η σύνοδος χωρίζεται
μονοπάτι του πρώτου block
μονοπάτι του δεύτερου block
set-up πακέτα
προτιμώμενο μονοπάτι
κόμβος
συνολική εισερχόμενη χωρητικότητα = συνολική εξερχόμενη χωρητικότητα = Ctotal
εισερχόμενη σύνοδος
διαθέσιμη εξερχόμενη χωρητικότητα
Εξερχόμενη χωρητικότητα τουλάχιστον ίση με r μπορεί πάντα να βρεθεί, πιθανόν με το κόστος της διακοπής συνόδων που έχουν πηγή τον A.
Οι σύνοδοι που διακόπτονται, συνεχίζουν τη μετάδοση όταν η πηγή λάβει ένα μήνυμα απόρριψης.
Μια σύνοδος μπορεί να χρειαστεί να χωριστεί σε k υποσυνόδους (η αναδιάταξη k μπλοκ πακέτων είναι ευκολότερη από την αναδιάταξη ανεξάρτητων πακέτων).
ORION Switching Paradigm
If node A has temporarily 12 Gb/s of traffic for B• Wavelength switched network: drop excess traffic or establish an
additional lightpath
• ORION: the remaining 2 Gb/s can be served
– Send them in overspill mode over λ1(when capacity is unused)
– Overspill packets are treated as in a packet switched network
• A–C is a direct lightpath on λ1, A–B and B–C on λ0
• Lightpaths: 10 Gb/s • Traffic from A destined to C will
pass B transparently
ORION Node Architecture
• Fast 1x2 optical switches are used at the output of the OXC to extract overspill packets
• A single (or multiple) tunable ORION Tx(s) with simple fiber combiners are used to insert overspill packets to flows
• A void detection module employing a fiber delay line identifies the possible idle periods and signals the IP router to insert an overspill packet
• A label encoded in the optical domain (together with the MPLS label) is used to distinguish overspill packets
RED queue per destination
FiFOs or VOQs
FiberLink
ORIONPolicy
ORION packets
C.S.Traffic
Electrical
Optical
Packet
ORION packets
Void Detection
Drop ports
FiberLink
Overloaded Traffic
CB
OB
FiberLink
FiberLink
1x2
Rx Tx
C.S. traffic
Overspill traffic
OXC
Served Traffic
Packet
ORION detection